2025年(微电子科学与工程)集成电路EDA工具试题及答案

2025年(微电子科学与工程)集成电路EDA工具试题及答案一、单选题（每题2分，共20分）1.在数字标准单元库综合阶段，DesignCompiler默认采用以下哪种时序模型？A.线性延迟模型（LDM）B.非线性延迟模型（NLDM）C.复合电流源模型（CCS）D.有效电流源模型（ECSM）答案：B解析：NLDM以输入转换时间和输出负载为二维查表，兼顾精度与速度，是DC默认模型。CCS/ECSM需额外license，用于28nm以下先进节点。2.对7nmFinFET工艺，StarRC提取引擎在“etchaware”模式下，主要解决哪类制造偏差？A.栅氧厚度起伏B.侧壁粗糙度C.金属线宽与沟槽深度微负载效应D.随机掺杂波动答案：C解析：etchaware通过工艺角表补偿局部金属线宽、深度偏差，与OPC/RET数据对齐，提高寄生参数相关性。3.在Innovus中，使用“setPlaceModeplace_global_place_efforthigh”后，下列哪项指标最可能显著上升？A.总线长（WL）B.峰值拥塞（PeakCongestion）C.运行时间（Runtime）D.时钟偏移（Skew）答案：C解析：高努力模式增加迭代次数与解空间探索，运行时间线性～指数级增加，但WL与拥塞通常下降。4.对SRAM编译器而言，决定位线寄生电容的首要参数是：A.单元高度B.字线长度C.列复用度（ColumnMUX）D.预充管尺寸答案：C解析：列复用度决定每根位线挂接的单元数，电容与单元数成正比；字线决定行数，影响字线RC。5.在PrimeTime中，以下哪条命令可报告“半周期路径”的建立时间裕量？A.report_timingdelay_typeminnworst10B.report_timingdelay_typemaxclock_fallnworst10C.report_timingdelay_typemaxclock_riseedge_locklatchnworst10D.report_timingdelay_typemin_maxpath_typefull_clocknworst10答案：B解析：半周期路径指数据在下降沿发射、上升沿捕获，或反之；需显式指定clock_fall捕获沿。6.对模拟IP的蒙特卡洛仿真，Spectre中“mismatch”随机源主要基于：A.几何失配模型（Pelgrom模型）B.BSIM4表面势方程C.热噪声功率谱密度D.闪烁噪声corner答案：A解析：mismatch采用Pelgromσ∝1/√(WL)模型，与工艺梯度统计独立。7.在CalibrePERC中，检查“CDM（ChargedDeviceModel）ESD路径”时，核心规则是：A.电阻<2ΩB.电流密度>1mA/μmC.放电回路总电阻<1Ω且通路在金属层连续D.二极管反向击穿电压>1.5×VDD答案：C解析：CDM要求极低阻抗连续金属，避免空气隙或高阻段，否则瞬间大电流产生焦热损坏。8.对3DIC热仿真，ANSYSIcepak与RedHawkSC耦合时，热边界条件由哪方提供？A.Icepak提供热阻矩阵，RedHawk提供功耗向量B.RedHawk提供热导率，Icepak提供电流密度C.Icepak提供对流系数，RedHawk提供封装尺寸D.RedHawk提供瞬态功耗波形，Icepak提供环境温度答案：A解析：双向耦合：RedHawk输出voxel功耗→Icepak计算温度→回注温度依赖的电压降，迭代收敛。9.在FPGA原型验证平台（ProtiumS1）中，实现“存储器分割”主要解决：A.查找表面积过大B.BRAM容量不足C.时钟域交叉D.引脚数超限答案：B解析：ASIC大容量SRAM在FPGA中需拆分为多片BRAM，借助分割算法映射，避免容量爆炸。10.对2.5Dinterposer设计，以下哪种接口标准最适合高频并行跨芯片通信？A.JTAG1149.1B.AMBAAPBC.OpenHBI（HighBandwidthInterconnect）D.I3C答案：C解析：OpenHBI提供4–8Gb/s单端并行、低摆幅、时钟转发，专为interposer短距优化。二、多选题（每题3分，共15分）11.关于SynopsysDSO.ai在布局布线阶段的强化学习奖励函数，可包含：A.总负裕量（TNS）B.峰值功耗密度C.天线规则违例数D.单元面积E.时钟树级数答案：A、B、C解析：奖励函数需综合时序、功耗、可靠性；面积与级数通常作为约束而非奖励。12.在MentorHyperLynxPI仿真中，影响目标阻抗（Ztarget）计算值的参数有：A.最大动态电流ΔIB.电源电压VDDC.允许纹波百分比ripple%D.板厚E.电容ESL答案：A、B、C解析：Ztarget=(ripple%×VDD)/ΔI，与板厚、ESL无关，后者影响实际阻抗曲线。13.使用CadenceVoltus进行静态IRdrop分析时，以下哪些设置可降低误报？A.启用向量less动态功耗估算B.采用SPEF反标寄生C.设置10%的电压降边界D.使用Liberty中CCS功耗模型E.将“current_cell_threshold”从1mA调至0.1mA答案：B、D、E解析：SPEF+CCS提高精度；降低阈值避免漏报小单元电流；向量less会高估功耗，增加误报。14.关于LEF/DEF5.8扩展，以下新特性正确的是：A.支持ROUTED语句中“+NONDEFAULTRULE”B.支持PIN属性“ANTENNAGATEAREA”C.支持SPECIALNET中“+SHAPESTRIPE”D.支持COMPONENT属性“REGION”E.支持VIA的“+RESISTANCE”答案：A、C、E解析：5.8新增非默认规则、stripeshape、viaresistance；ANTENNAGATEAREA在5.6已存在；REGION属性在5.7引入。15.在28nm以下节点，光学邻近效应修正（OPC）对模拟单元的影响包括：A.多指晶体管有效宽度减小B.沟道长度偏移C.接触孔enclosure规则收紧D.电阻绝对值下降E.阈值电压降低答案：A、B、C解析：OPC导致poly外扩/内缩，有效W/L变化；接触孔enclosure因分辨率下降需补偿；电阻与Vth非OPC直接结果。三、填空题（每空2分，共20分）16.在PrimeTime中，命令“set_operating_conditionsanalysis_typeon_chip_variation”启用的分析模式简称______。答案：OCV解析：OCV考虑全局与局部工艺偏差，对建立/保持时间分别采用最快/最慢角。17.对5nm工艺，FinFET的亚阈值摆幅理想极限约为______mV/dec。答案：60解析：室温kT/q·ln(10)≈60mV/dec，FinFET因nearideal60mV极限。18.Innovus中，设置“setExtractModeenginepostRoutecapMode3Dcoupling1”表示启用______电容提取。答案：三维耦合解析：3D场求解器计算相邻线网横向电场，提高16nm以下精度。19.Calibre规则文件里，定义“DRCRESULTSDATABASE”输出格式为ASCII的关键字是______。答案：ASCII解析：默认二进制，显式写“ASCII”生成可读文本，便于脚本解析。20.在Spectre中，用于扫描温度并绘制跨温性能曲线的分析类型是______。答案：dc或sweep，具体为“dctemp”解析：dctemp扫描温度变量，提取Vth、Gm等随温变化。21.对112Gb/sSerDes布局，差分对间skew预算通常小于______UI。答案：0.05解析：112Gb/sUI=8.9ps，0.05UI≈0.44ps，满足BER<1e6的眼图要求。22.RedHawk中，定义电流密度检查上限的TCL变量为______。答案::max_current_density解析：单位mA/μm，超界报EM违例。23.在LEF中，通孔层叠规则通过语句______定义。答案::VIA解析：VIA语句列出layer1enclosure、cut、layer2enclosure及resistance。24.对于3DIC微凸块（μbump），典型间距pitch为______μm。答案：40–50解析：40μm为JEDEC主流，再小需TSV工艺支持。25.在Formality中，验证RTLvs.门级网表一致性时，需读入的参考文件格式为______。答案：RTL（Verilog/VHDL）解析：参考端为黄金RTL，实现端为综合/布局后网表。四、判断题（每题1分，共10分）26.PrimeTimeSI的“deltadelay”报告已包含串扰引起的动态延迟变化。答案：正确解析：deltadelay即aggressor切换引入的额外延迟，含正负glitch。27.在14nm以下，金属层RC提取可忽略边缘电容效应。答案：错误解析：线宽高比>2，边缘电容占总电容30%以上，必须3D场解。28.Innovus的“ccopt”时钟树综合支持多电压域的自动电平转换器插入。答案：正确解析：ccopt识别MSV约束，自动插入LS/HScell，平衡skew。29.对FinFET工艺，STI应力效应使PMOS驱动电流增大、NMOS减小。答案：错误解析：STI压应力提高NMOS迁移率，降低PMOS，与封装应力方向相反。30.CalibrePERC可检测ESD路径，但无法报告电流密度分布。答案：错误解析：PERC结合StarRC寄生，可输出电流密度云图。31.在SPICE仿真中，采用“.temp125”与“temp=125”参数等效。答案：错误解析：.temp为全局温度；temp=125仅对紧跟器件实例有效。32.对2.5Dinterposer，硅中介层（Siinterposer）的CTE与有机基板接近，可忽略热失配。答案：错误解析：SiCTE=2.6ppm/℃，有机基板15–17ppm/℃，需underfill缓解。33.RedHawkSC的“vectorless”模式比“VCD”模式运行时间短但精度低。答案：正确解析：vectorless基于切换概率，节省仿真时间，但低估峰值电流。34.在DFT插入时，ClockGatingCell的测试引脚“TE”必须接常0以避免扫描移位冲突。答案：错误解析：TE在移位阶段接1，保证时钟打开；捕获阶段接0。35.对7nm节点，栅极接触（GateContactOverActive）结构可减小标准单元面积10–15%。答案：正确解析：COAG移除poly延伸，压缩边界，已被台积电7nm采用。五、简答题（每题8分，共40分）36.阐述“信号完整性（SI）”与“电源完整性（PI）”在3nm节点相互耦合的机理，并给出联合仿真流程。答案：机理：1)电源噪声引起门延迟变化（动态IRdrop达10%VDD），导致时序违约；2)同时开关噪声（SSN）通过电源/地回路耦合至信号线，放大串扰；3)高频下，信号返回路径经电源网络，形成互感，增加延迟不确定性。流程：a)在Innovus完成布局布线，输出DEF+SPEF；b)RedHawk读入VCD向量，生成瞬态电流波形与动态IRdrop云图；c)将每周期电压降标注为timingderate，回注PrimeTimeSI；d)PrimeTimeSI重新计算串扰+电压降复合deltadelay；e)若时序违例，返回Innovus进行增量优化（cellsizing、decap、clockshielding）；f)迭代至收敛（ΔTNS<5ps，ΔIRdrop<3%VDD）。37.列举并对比三种主流EM验证算法（平均电流、均方根电流、摆动电流），给出5nm互连最严苛的判定公式。答案：1)平均电流（Javg）：用于直流或低频，限值Jdc=Jmax·(w/t)·f(T)；2)均方根电流（Jrms）：评估焦耳热，Irms=√(∫i²dt/T)，限值Jrms=Jmax_thermal；3)摆动电流（Jsw）：反映双向应力，Bamboo算法Jsw=|I+|–|I–|，限值Jsw=Jmax_ac·(freq^0.5)·w·k；5nm最严苛：Jpeak=min{Jdc,Jrms,Jsw·(1+0.1·√f)}，其中f>2GHz时Jsw主导，w<30nm时Jdc下降30%。38.解释“电压依赖的延迟模型”（VoltageDependentDelayModel）在0.5V近阈值设计的实现方式，并给出Liberty语法片段。答案：实现：将delay表从1D（load）扩展为2D（load,Vdd），Vdd维度取0.4–0.7V，步长0.05V；通过characterization在eachVdd点跑SPICE，提取slew/delay。语法：```voltage_map("vdd",0.5,0.05);delay_model:voltage_dependent;cell(NAND2){pin(Y){timing(){related_pin:"A";voltage_delay(table_2d){index_1("0.01,0.02,0.04");/load/index_2("0.40,0.45,0.50,0.55,0.60,0.65,0.70");/Vdd/values("\0.060,0.055,0.050,0.046,0.042,0.039,0.035,\...");}}}}```39.描述基于机器学习的布线拥塞预测模型训练流程，给出特征列表与评价指标。答案：流程：1)数据收集：从20个5nm设计导出100k局部窗口（128×128μm），记录GCell拥塞值（标签）；2)特征：引脚密度、宏单元面积比、时钟引脚比例；预布线线长、最小割数、通道宽度；金属层可用轨道、通孔图密度、功耗密度；3)模型：GraphSAGE图神经网络，节点=GCell，边=邻接，输出层回归；4)训练：损失函数Huberloss，优化器Adam，学习率1e3，batch=256，epoch=100；5)评价：平均绝对误差MAE<0.03（拥塞值归一化0–1）；峰值拥塞预测误差<5%；运行时间<60s（比全局布线快20×）。40.给出在台积电N3E工艺下，使用BSIMCMG模型对FinFET进行温度扫描（40–125℃）时，提取阈值电压Vth的Ocean脚本，并绘制dVth/dT曲线。答案：脚本：```;OceanscriptforVthvsTemplib="tsmcn3e_cmg.lib"model="nmos3e"tempList=40:5:125VthList=nilforeach(temptempListocnTemp=tempsimulator('spectre)design("netlist.scs")analysis('dc)desVar("L"20n)desVar("W"40n)desVar("NFIN"3)run();extrapolateVthbymaxgmmethodId=GET_DCV("/M0/D")Vg=GET_DCV("/M0/G")gm=deriv(IdVg)Vth=xValue(gm,max(gm))0.53.3;heuristicVthList=append(VthListVth))plot(tempListVthList?xLabel"Temp(C)"?yLabel"Vth(V)")plot(tempListderiv(VthListtempList)?xLabel"Temp(C)"?yLabel"dVth/dT(mV/C)")```结果：dVth/dT≈0.45mV/℃，与理论一致，PMOS数值略大。六、综合设计题（共35分）41.设计一个8bit超前进位加法器（CLA），要求：a)采用28nm工艺，目标时钟2GHz，延迟≤250ps；b)使用Innovus流程，写出关键脚本（含floorplan、placement、cts、routing、timingsignoff）；c)给出功耗报告（VDD=1.0V，温度85℃，SAIF向量）；d)列出三条可提升10%性能的可行方法，并量化收益。答案：a)架构：采用44分组，组内生成传播信号G=P=1时，进位链4级NAND2延迟≈45ps×4=180ps，满足250ps。b)脚本：```floorplaninitialize_floorplancore_width60core_height40core_util0.7flip_first_rowset_pnet_optionsresetadd_ringnets{VDDVSS}width2spacing1layers{M8M9}placementsetPlaceModeplace_global_place_efforthighcong_efforthighplace_designctscreate_clocknameclkperiod500waveform{0250}[get_portsclk]setClockTreeOptionstarget_skew20buffer_list{CLKBUFX1CLKBUFX2}ccopt_designroutingsetNanoRouteModerouteWithTimingDriven1routeTopRoutingLayer9routeDesignsignoffextractRCtimeDesignpostRoutepathRe